tcp三次握手及原理

TCP/IP 是很多的不同的協(xié)議組成，實(shí)際上是一個(gè)協(xié)議組，TCP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)表協(xié)議(也
稱作TCP 傳輸控制協(xié)議，Transport Control Protocol。可靠的主機(jī)到主機(jī)層協(xié)議。這里要先
強(qiáng)調(diào)一下，傳輸控制協(xié)議是OSI 網(wǎng)絡(luò)的第四層的叫法，TCP 傳輸控制協(xié)議是TCP/IP 傳輸?shù)?/span>
6 個(gè)基本協(xié)議的一種。兩個(gè)TCP 意思非相同。)。TCP 是一種可靠的面向連接的傳送服務(wù)。
它在傳送數(shù)據(jù)時(shí)是分段進(jìn)行的，主機(jī)交換數(shù)據(jù)必須建立一個(gè)會(huì)話。它用比特流通信，即數(shù)據(jù)
被作為無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。通過每個(gè)TCP 傳輸?shù)淖侄沃付樞蛱?hào)，以獲得可靠性。是在OSI
參考模型中的第四層，TCP 是使用IP 的網(wǎng)間互聯(lián)功能而提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，IP 不停的把
報(bào)文放到網(wǎng)絡(luò)上，而TCP 是負(fù)責(zé)確信報(bào)文到達(dá)。在協(xié)同IP 的操作中TCP 負(fù)責(zé)：握手過程、
報(bào)文管理、流量控制、錯(cuò)誤檢測和處理（控制），可以根據(jù)一定的編號(hào)順序?qū)Ψ钦ｍ樞虻?/span>
報(bào)文給予從新排列順序。關(guān)于TCP 的RFC 文檔有RFC793、RFC791、RFC1700。
在TCP 會(huì)話初期，有所謂的“三握手”：對(duì)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量是怎樣跟蹤進(jìn)行協(xié)商使
數(shù)據(jù)段的發(fā)送和接收同步，根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)量而確定的數(shù)據(jù)確認(rèn)數(shù)及數(shù)據(jù)發(fā)送、接收完
畢后何時(shí)撤消聯(lián)系，并建立虛連接。為了提供可靠的傳送，TCP 在發(fā)送新的數(shù)據(jù)之前，以
特定的順序?qū)?shù)據(jù)包的序號(hào)，并需要這些包傳送給目標(biāo)機(jī)之后的確認(rèn)消息。TCP 總是用來
發(fā)送大批量的數(shù)據(jù)。當(dāng)應(yīng)用程序在收到數(shù)據(jù)后要做出確認(rèn)時(shí)也要用到TCP。由于TCP 需要
時(shí)刻跟蹤，這需要額外開銷，使得TCP 的格式有些顯得復(fù)雜。下面就讓我們看一個(gè)TCP 的
經(jīng)典案例，這是后來被稱為MITNICK 攻擊中KEVIN 開創(chuàng)了兩種攻擊技術(shù)：
TCP 會(huì)話劫持
SYN FLOOD（同步洪流）
在這里我們討論的時(shí)TCP 會(huì)話劫持的問題。
先讓我們明白TCP 建立連接的基本簡單的過程。為了建設(shè)一個(gè)小型的模仿環(huán)境我們假
設(shè)有3 臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器。A 為攻擊者操縱的攻擊機(jī)。B 為中介跳板機(jī)器（受信任的服務(wù)
器）。C 為受害者使用的機(jī)器（多是服務(wù)器），這里把C 機(jī)器鎖定為目標(biāo)機(jī)器。A 機(jī)器向B
機(jī)器發(fā)送SYN 包，請(qǐng)求建立連接，這時(shí)已經(jīng)響應(yīng)請(qǐng)求的B 機(jī)器會(huì)向A 機(jī)器回應(yīng)SYN/ACK
表明同意建立連接，當(dāng)A 機(jī)器接受到B 機(jī)器發(fā)送的SYN/ACK 回應(yīng)時(shí)，發(fā)送應(yīng)答ACK 建立
A 機(jī)器與B 機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)連接。這樣一個(gè)兩臺(tái)機(jī)器之間的TCP 通話信道就建立成功了。
B 終端受信任的服務(wù)器向C 機(jī)器發(fā)起TCP 連接，A 機(jī)器對(duì)服務(wù)器發(fā)起SYN 信息，使
C 機(jī)器不能響應(yīng)B 機(jī)器。在同時(shí)A 機(jī)器也向B 機(jī)器發(fā)送虛假的C 機(jī)器回應(yīng)的SYN 數(shù)據(jù)包，
接收到SYN 數(shù)據(jù)包的B 機(jī)器（被C 機(jī)器信任）開始發(fā)送應(yīng)答連接建立的SYN/ACK 數(shù)據(jù)包，
這時(shí)C 機(jī)器正在忙于響應(yīng)以前發(fā)送的SYN 數(shù)據(jù)而無暇回應(yīng)B 機(jī)器，而A 機(jī)器的攻擊者預(yù)
測出B 機(jī)器包的序列號(hào)（現(xiàn)在的TCP 序列號(hào)預(yù)測難度有所加大）假冒C 機(jī)器向B 機(jī)器發(fā)送
應(yīng)答ACK 這時(shí)攻擊者騙取B 機(jī)器的信任，假冒C 機(jī)器與B 機(jī)器建立起TCP 協(xié)議的對(duì)話連
接。這個(gè)時(shí)候的C 機(jī)器還是在響應(yīng)攻擊者A 機(jī)器發(fā)送的SYN 數(shù)據(jù)。
TCP 協(xié)議棧的弱點(diǎn)：TCP 連接的資源消耗，其中包括：數(shù)據(jù)包信息、條件狀態(tài)、序列
號(hào)等。通過故意不完成建立連接所需要的三次握手過程，造成連接一方的資源耗盡。
通過攻擊者有意的不完成建立連接所需要的三次握手的全過程，從而造成了C 機(jī)器的
資源耗盡。序列號(hào)的可預(yù)測性，目標(biāo)主機(jī)應(yīng)答連接請(qǐng)求時(shí)返回的SYN/ACK 的序列號(hào)時(shí)可預(yù)
測的。（早期TCP 協(xié)議棧，具體的可以參見1981 年出的關(guān)于TCP 雛形的RFC793 文檔）
TCP 頭結(jié)構(gòu)
TCP 協(xié)議頭最少20 個(gè)字節(jié)，包括以下的區(qū)域（由于翻譯不禁相同，文章中給出
相應(yīng)的英文單詞）：
TCP 源端口(Source Port)：16 位的源端口其中包含初始化通信的端口。源端口和
源IP 地址的作用是標(biāo)示報(bào)問的返回地址。
TCP 目的端口(Destination port)：16 位的目的端口域定義傳輸?shù)哪康?。這個(gè)端口指
明報(bào)文接收計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用程序地址接口。
TCP 序列號(hào)（序列碼,Sequence Number）：32 位的序列號(hào)由接收端計(jì)算機(jī)使用，重
新分段的報(bào)文成最初形式。當(dāng)SYN 出現(xiàn)，序列碼實(shí)際上是初始序列碼（ISN），而第一個(gè)數(shù)
據(jù)字節(jié)是ISN+1。這個(gè)序列號(hào)（序列碼）是可以補(bǔ)償傳輸中的不一致。
TCP 應(yīng)答號(hào)(Acknowledgment Number)：32 位的序列號(hào)由接收端計(jì)算機(jī)使用，重
組分段的報(bào)文成最初形式。，如果設(shè)置了ACK 控制位，這個(gè)值表示一個(gè)準(zhǔn)備接收的包的序
列碼。
數(shù)據(jù)偏移量(HLEN)：4 位包括TCP 頭大小，指示何處數(shù)據(jù)開始。
保留(Reserved)：6 位值域，這些位必須是0。為了將來定義新的用途所保留。
標(biāo)志(Code Bits)：6 位標(biāo)志域。表示為：緊急標(biāo)志、有意義的應(yīng)答標(biāo)志、推、重置
連接標(biāo)志、同步序列號(hào)標(biāo)志、完成發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志。按照順序排列是：URG、ACK、PSH、
RST、SYN、FIN。
窗口(Window)：16 位，用來表示想收到的每個(gè)TCP 數(shù)據(jù)段的大小。
校驗(yàn)位(Checksum)：16 位TCP 頭。源機(jī)器基于數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算一個(gè)數(shù)值，收信息機(jī)
要與源機(jī)器數(shù)值結(jié)果完全一樣，從而證明數(shù)據(jù)的有效性。
優(yōu)先指針（緊急,Urgent Pointer）：16 位，指向后面是優(yōu)先數(shù)據(jù)的字節(jié)，在URG
標(biāo)志設(shè)置了時(shí)才有效。如果URG 標(biāo)志沒有被設(shè)置，緊急域作為填充。加快處理標(biāo)示為緊急
的數(shù)據(jù)段。
選項(xiàng)(Option)：長度不定，但長度必須以字節(jié)。如果沒有選項(xiàng)就表示這個(gè)一字節(jié)
的域等于0。
填充：不定長，填充的內(nèi)容必須為0，它是為了數(shù)學(xué)目的而存在。目的是確?？?/span>
間的可預(yù)測性。保證包頭的結(jié)合和數(shù)據(jù)的開始處偏移量能夠被32 整除，一般額外的零以保
證TCP 頭是32 位的整數(shù)倍。
標(biāo)志控制功能
URG：緊急標(biāo)志
緊急(The urgent pointer) 標(biāo)志有效。緊急標(biāo)志置位，
ACK：確認(rèn)標(biāo)志
確認(rèn)編號(hào)(Acknowledgement Number)欄有效。大多數(shù)情況下該標(biāo)志位是置位的。
TCP 報(bào)頭內(nèi)的確認(rèn)編號(hào)欄內(nèi)包含的確認(rèn)編號(hào)(w+1，F(xiàn)igure：1)為下一個(gè)預(yù)期的序列編號(hào)，同
時(shí)提示遠(yuǎn)端系統(tǒng)已經(jīng)成功接收所有數(shù)據(jù)。
PSH：推標(biāo)志
該標(biāo)志置位時(shí)，接收端不將該數(shù)據(jù)進(jìn)行隊(duì)列處理，而是盡可能快將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)由應(yīng)用
處理。在處理telnet 或rlogin 等交互模式的連接時(shí)，該標(biāo)志總是置位的。
RST：復(fù)位標(biāo)志
復(fù)位標(biāo)志有效。用于復(fù)位相應(yīng)的TCP 連接。
SYN：同步標(biāo)志
同步序列編號(hào)(Synchronize Sequence Numbers)欄有效。該標(biāo)志僅在三次握手建立
TCP 連接時(shí)有效。它提示TCP 連接的服務(wù)端檢查序列編號(hào)，該序列編號(hào)為TCP 連接初始端
(一般是客戶端)的初始序列編號(hào)。在這里，可以把TCP 序列編號(hào)看作是一個(gè)范圍從0 到4，
294，967，295 的32 位計(jì)數(shù)器。通過TCP 連接交換的數(shù)據(jù)中每一個(gè)字節(jié)都經(jīng)過序列編號(hào)。
在TCP 報(bào)頭中的序列編號(hào)欄包括了TCP 分段中第一個(gè)字節(jié)的序列編號(hào)。
FIN：結(jié)束標(biāo)志
帶有該標(biāo)志置位的數(shù)據(jù)包用來結(jié)束一個(gè)TCP 回話，但對(duì)應(yīng)端口仍處于開放狀態(tài)，
準(zhǔn)備接收后續(xù)數(shù)據(jù)。
服務(wù)端處于監(jiān)聽狀態(tài)，客戶端用于建立連接請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包(IP packet)按照TCP/IP
協(xié)議堆棧組合成為TCP 處理的分段(segment)。
分析報(bào)頭信息： TCP 層接收到相應(yīng)的TCP 和IP 報(bào)頭，將這些信息存儲(chǔ)到內(nèi)存中。
檢查TCP 校驗(yàn)和(checksum)：標(biāo)準(zhǔn)的校驗(yàn)和位于分段之中(Figure：2)。如果檢驗(yàn)
失敗，不返回確認(rèn)，該分段丟棄，并等待客戶端進(jìn)行重傳。
查找協(xié)議控制塊(PCB{})：TCP 查找與該連接相關(guān)聯(lián)的協(xié)議控制塊。如果沒有找
到，TCP 將該分段丟棄并返回RST。(這就是TCP 處理沒有端口監(jiān)聽情況下的機(jī)制) 如果該
協(xié)議控制塊存在，但狀態(tài)為關(guān)閉，服務(wù)端不調(diào)用connect()或listen()。該分段丟棄，但不返
回RST?？蛻舳藭?huì)嘗試重新建立連接請(qǐng)求。
建立新的socket：當(dāng)處于監(jiān)聽狀態(tài)的socket 收到該分段時(shí)，會(huì)建立一個(gè)子socket，
同時(shí)還有socket{}，tcpcb{}和pub{}建立。這時(shí)如果有錯(cuò)誤發(fā)生，會(huì)通過標(biāo)志位來拆除相應(yīng)
的socket 和釋放內(nèi)存，TCP 連接失敗。如果緩存隊(duì)列處于填滿狀態(tài)，TCP 認(rèn)為有錯(cuò)誤發(fā)生，
所有的后續(xù)連接請(qǐng)求會(huì)被拒絕。這里可以看出SYN Flood 攻擊是如何起作用的。
丟棄：如果該分段中的標(biāo)志為RST 或ACK，或者沒有SYN 標(biāo)志，則該分段丟棄。
并釋放相應(yīng)的內(nèi)存。
發(fā)送序列變量
SND.UNA ： 發(fā)送未確認(rèn)
SND.NXT ： 發(fā)送下一個(gè)
SND.WND ： 發(fā)送窗口
SND.UP ： 發(fā)送優(yōu)先指針
SND.WL1 ： 用于最后窗口更新的段序列號(hào)
SND.WL2 ： 用于最后窗口更新的段確認(rèn)號(hào)
ISS ： 初始發(fā)送序列號(hào)
接收序列號(hào)
RCV.NXT ： 接收下一個(gè)
RCV.WND ： 接收下一個(gè)
RCV.UP ： 接收優(yōu)先指針
IRS ： 初始接收序列號(hào)
當(dāng)前段變量
SEG.SEQ ： 段序列號(hào)
SEG.ACK ： 段確認(rèn)標(biāo)記
SEG.LEN ： 段長
SEG.WND ： 段窗口
SEG.UP ： 段緊急指針
SEG.PRC ： 段優(yōu)先級(jí)
CLOSED 表示沒有連接，各個(gè)狀態(tài)的意義如下：
LISTEN ： 監(jiān)聽來自遠(yuǎn)方TCP 端口的連接請(qǐng)求。
SYN-SENT ： 在發(fā)送連接請(qǐng)求后等待匹配的連接請(qǐng)求。
SYN-RECEIVED ： 在收到和發(fā)送一個(gè)連接請(qǐng)求后等待對(duì)連接請(qǐng)求的確認(rèn)。
ESTABLISHED ： 代表一個(gè)打開的連接，數(shù)據(jù)可以傳送給用戶。
FIN-WAIT-1 ： 等待遠(yuǎn)程TCP 的連接中斷請(qǐng)求，或先前的連接中斷請(qǐng)求的確認(rèn)。
FIN-WAIT-2 ： 從遠(yuǎn)程TCP 等待連接中斷請(qǐng)求。
CLOSE-WAIT ： 等待從本地用戶發(fā)來的連接中斷請(qǐng)求。
CLOSING ： 等待遠(yuǎn)程TCP 對(duì)連接中斷的確認(rèn)。
LAST-ACK ： 等待原來發(fā)向遠(yuǎn)程TCP 的連接中斷請(qǐng)求的確認(rèn)。
TIME-WAIT ： 等待足夠的時(shí)間以確保遠(yuǎn)程TCP 接收到連接中斷請(qǐng)求的確認(rèn)。
CLOSED ： 沒有任何連接狀態(tài)。
TCP 連接過程是狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，促使發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換的是用戶調(diào)用：OPEN，SEND，
RECEIVE，CLOSE，ABORT 和STATUS。傳送過來的數(shù)據(jù)段，特別那些包括以下標(biāo)記的數(shù)
據(jù)段SYN，ACK，RST 和FIN。還有超時(shí)，上面所說的都會(huì)時(shí)TCP 狀態(tài)發(fā)生變化。
序列號(hào)
請(qǐng)注意，我們在TCP 連接中發(fā)送的字節(jié)都有一個(gè)序列號(hào)。因?yàn)榫幜颂?hào)，所以可以
確認(rèn)它們的收到。對(duì)序列號(hào)的確認(rèn)是累積性的。TCP 必須進(jìn)行的序列號(hào)比較操作種類包括
以下幾種：
①?zèng)Q定一些發(fā)送了的但未確認(rèn)的序列號(hào)。
②決定所有的序列號(hào)都已經(jīng)收到了。
③決定下一個(gè)段中應(yīng)該包括的序列號(hào)。
對(duì)于發(fā)送的數(shù)據(jù)TCP 要接收確認(rèn)，確認(rèn)時(shí)必須進(jìn)行的：
SND.UNA = 最老的確認(rèn)了的序列號(hào)。
SND.NXT = 下一個(gè)要發(fā)送的序列號(hào)。
SEG.ACK = 接收TCP 的確認(rèn)，接收TCP 期待的下一個(gè)序列號(hào)。
SEG.SEQ = 一個(gè)數(shù)據(jù)段的第一個(gè)序列號(hào)。
SEG.LEN = 數(shù)據(jù)段中包括的字節(jié)數(shù)。
SEG.SEQ+SEG.LEN-1 = 數(shù)據(jù)段的最后一個(gè)序列號(hào)。
如果一個(gè)數(shù)據(jù)段的序列號(hào)小于等于確認(rèn)號(hào)的值，那么整個(gè)數(shù)據(jù)段就被確認(rèn)了。而
在接收數(shù)據(jù)時(shí)下面的比較操作是必須的：
RCV.NXT = 期待的序列號(hào)和接收窗口的最低沿。
RCV.NXT+RCV.WND：1 = 最后一個(gè)序列號(hào)和接收窗口的最高沿。
SEG.SEQ = 接收到的第一個(gè)序列號(hào)。
SEG.SEQ+SEG.LEN：1 = 接收到的最后一個(gè)序列號(hào)。